Скважинная магнитоимпульсная дефектоскопия-толщинометрия труб

Метод скважинной магнитоимпульсной дефектоскопии-толщи- нометрии (МИД-К) основан на исследовании пространственного распределения, затухающих во времени вихревых токов в колоннах труб, которые наводят ЭДС в приемной катушке после выключения тока намагничивания.

Характер измеряемого нестационарного сигнала определяется толщиной стенки трубы (т), ее диаметром (d), удельной электрической проводимостью (s) и магнитной проницаемостью (ш) металла. Чем больше произведение msm, тем медленнее затухают вихревые токи, возникшие в трубах. Метод МИД-К позволяет производить зондирование многоколонных конструкций с временным разделением сигнала от разных колонн. Это осуществляется выбором длительности импульса тока намагничивания в генераторной катушке и паузы, во время которой регистрируют ЭДС на измерительной катушке (кривые спада), и конструкции зондовой установк. Выбор конкретного интервала времени на кривых спада позволяет обследовать состояние той или иной колонны. Работа по контролю технического состояния обсадных колонн с использованием технологии МИД-К проводятся во вновь бурящихся, эксплуатационных нефтегазовых скважинах, в скважинах подземных хранилищ газа.

При строительстве скважин МИД-К используется для контроля конструкции скважины, положения муфт эксплуатационной, технической колонн и кондуктора, соответствия проекту интервалов установки колонн с разным диаметром и толщиной стенки, интервала установки хвостовика, целостности колонны и степени износа в процессе работы инструмента и т. п. В действующих скважинах МИД-К позволяет определить фактические интервалы перфорации (кумулятивной, гидропескоструйной, в том числе и щелевой), степень коррозии и износа колонны, интервалы нарушений колонны, требующих ремонта, фактическую глубину установки герметизирующих пластырей и заколонных пакеров и др. Работы можно выполнять как через колонну НКТ, так и после её подъема.

В скважинах подземных хранилищ газа (ПХГ) решаются задачи определения срока «жизни» эксплуатационных колонн, определяются интервалы эллипсности, наличие интервалов утончения, деформации (смятия колонны), наличие коррозии, негерметичность забойного оборудования, абразивный износ обсадных труб и фильтров. Эти данные необходимы для безаварийной работы газовых скважин и проектирования, а также для решения ряда вопросов, возникающих в процессе эксплуатации газохранилища. Изменение температуры окружающей среды может привести к погрешностям в определении толщины, которая складывается из двух составляющих: аппаратурная и методическая. Методическая погрешность возникает из-за некорректного учета влияния электромагнитных характеристик стали при изменении температуры. Например, для немагнитной трубы не учет изменение электропроводности в зависимости от температуры (от 30 до 100 °С) может привести к погрешности в толщине ~ 2 мм. Аппаратурная погрешность складывается из температурного дрейфа электроники и отклонения параметров генераторной и измерительной катушек.

К значительной погрешности при определении толщины в двухколонной конструкции может привести эксцентриситет труб. Приближение внутренней колонны к внешней приводит к увеличению сигнала, что может интерпретироваться как увеличение толщины, поэтому необходимо учитывать влияние эксцентриситета труб. Алгоритм введение поправок за эксцентриситет основан на прямом и обратном преобразования Фурье, суть которого заключается в анализе частотного спектра и исключения низкочастотных составляющих, обусловленных эксцентриситетом труб.

Большие осложнения при проведении интерпретации могут создавать зоны локального намагничивания колонн, обусловленные различными факторами технического характера. Такого рода зоны должны отмечаться операторами при проведении основного замера в скважине. Рекомендуется для отбраковки этих помех проводить контрольные записи выделенных интервалов на измененной скорости каротажа, например, вдвое уменьшенной по отношению к основной. При этом аномалии, обусловленные зонами намагничивания металла колонн, резко изменяются по амплитуде (при уменьшении скорости - уменьшается амплитуда) в отличие от аномалий, связанных с дефектами, амплитуда которых не меняется.

Учет магнитной неоднородности позволяет повысить точность определения толщины и надежность выявления дефектов. Башмак кондуктора, технической и эксплуатационной колонн отмечается увеличением амплитуды сигнала на поздних временных задержках (ВЗ) (20-54), что эквивалентно увеличению длительности переходного процесса. При этом на ранних ВЗ (1-11) наблюдается ровный ход кривых. Муфты первой колонны отмечаются увеличением амплитуды сигнала, начиная с ранних ВЗ, а второй колонны - на средних и поздних ВЗ. Вход в НКТ, наличие пакера отмечаются увеличением амплитуды сигнала на ранних ВЗ. Переход с одного диаметра колонны на другой отмечается скачком амплитуды сигнала в зависимости от диаметра и толщины на ранних ВЗ, при этом на поздних ВЗ амплитуда остается неизменной. На средних ВЗ (20) начинает расти амплитуда сигнала против муфт ЭК, а на поздних ВЗ (40-50) амплитуда сигнала от муфт ЭК практически сравнивается с амплитудой сигнала от НКТ. Временное разделение сигналов позволяет определять эксцентричность колонн. Интервалы, где колонны аксиальные, отмечаются характерным повышением сигнала на ранних и средних ВЗ (6-20), при этом на поздних ВЗ (40-54) ход кривых ровный. После выделения ряда аномальных зон, обусловленных конструктивными элементами скважины, нужно определить возможные дефекты колонн. Сквозные трещины, дефекты, нарушения колонны на диаграммах отмечаются на всех ВЗ как интервалы с резким понижением амплитуды сигнала (сокращение времени переходного процесса). В том случае, если аномальная зона достигает наибольшей амплитуды на ранних ВЗ (1-11), ис увеличением времени ее скорость спада практически не изменяется, можно сделать предварительное заключение о принадлежности дефекта к ближней исследуемой колонне. Если понижение амплитуды сигнала не проявляются на ранних ВЗ, а на средних и поздних наблюдается значительное падение амплитуды сигнала, дефект можно отнести ко второй колонне. Надежный признак, позволяющий достаточно уверенно отнести дефект к первой колонне - наличие аномалии на поперечных XY зондах. Падение амплитуды сигнала на 7-й ВЗ, и аномалии на сигнале поперечных зондов подтверждают наличие дефекта в НКТ. Сопоставление кривых спада на целом участке трубы и участке с дефектом подтверждают дефект в НКТ, т. к. кривые расходятся на ранних ВЗ. Чем больше диаметр НКТ и толщина стенки, тем на более поздних временах кривые спада будут «расходиться».

При использовании перфораторов типа ПКС 80Т в зонах перфорации в этом случае нередко происходит растрескивание трубы в местах удара. Перфорация такого вида определяется падением амплитуды сигнала на ранних и средних ВЗ. Корпусные перфораторы типа ПК105Д4, ПК103Д и т. п. практически не дают растрескивания, поэтому существенного падения ЭДС не наблюдается. В интервале перфорации обычно наблюдается магнитная неоднородность, которая достаточно эффективно регистрируется на ранних ВЗ (2-3).

МИД-К (рис.2.8) относится к геофизике и может быть использовано при дефектоскопии металлических труб, например, расположенных в скважине, в частности стальных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, а также одновременного вычисления толщины стенок каждой из труб в многоколонных скважинах.

Прибор МИД-К

Рис. 2.8. Прибор МИД-К

Дефектоскоп-толщиномер содержит генераторную систему с генератором и таймером, генераторными катушками индуктивности; измерительную систему с измерительными катушками индуктивности и усилителями, контроллер и передатчик телеметрической линии связи (ТЛС). Дефектоскоп дополнительно снабжен катушками индуктивности, идентичными катушкам в измерительной системе, расположенными на расстоянии, обеспечивающем исключение влияния генераторной системы. Выход дополнительных катушек соединен с системой измерения и контроллером, обеспечивающим синхронизацию измерений по глубине основной и дополнительной систем измерений. Техническим результатом является повышение точности измерения толщины стенки колонн и определения дефектов путем учета магнитной неоднородности металла и «магнитного шума», вызванного остаточной намагниченностью, за счет исключения влияния на измеряемый сигнал остаточной намагниченности и магнитной неоднородности труб.

Работа прибора МИД-К основана на использовании импульсных магнитных полей и измерении переходных процессов в паузах между импульсами. Это позволяет проводить одновременно дефектоскопию и толщинометрию первой и второй колонны, что ранее не представлялось возможным. Сам метод магнитно-импульсной дефектоскопии дает возможность зондировать многоколонные конструкции с временным разделением сигналов от разных колонн и, таким образом, получать информацию об их состоянии. Для одноколонной конструкции скважины характер зарегистрированных переходных процессов будет определяться толщиной стенок и диаметром колонны, удельной электрической проводимостью и магнитной проницаемостью металла. Малый диаметр скважинной аппаратуры (45 мм) и большие теоретические возможности интерпретации получаемых результатов позволяют использовать этот прибор для оценки технического состояния действующих скважин в газовой среде. Однако широкое применение данной аппаратуры на ПХГ и месторождениях в настоящее время сдерживается несколькими факторами. Основными из них являются недостаточная завершенность обрабатывающих интерпретационных алгоритмов получаемых параметров по различным задачам, а также отсутствие современного метрологического обеспечения, позволяющего контролировать толщину стенок колонн с требуемой для заказчика точностью. Анализ полученных результатов установил, что показания канала К1 на ближних задержках практически не зависят от толщины стенки колонны (задержки 2, 3) или же данную зависимость однозначно интерпретировать невозможно (задержки 4-6). Эти задержки более чувствительны к изменению внутреннего диаметра колонны, а также к деформациям и нарушениям. При измерениях в колонне информация на ближних задержках может выходить из него лишь в случае значительных нарушений в колонне. На средних задержках в случае одноколонной конструкции приблизительно - до задержки 20-25) зависимость показаний от толщины стенки выражена четко. На дальних задержках сигнал уже не несет информации о толщине стенок колонны данного диаметра, так как спадает за это время до значений, близких к фоновым. По дальним задержкам хорошо выделяются муфты колонн, только они несут информацию о второй и третьей колонне.Зависимость интерпретационных параметров от толщины стенки колонны хорошо прослеживается на показаниях декремента спада наведенной намагниченности. На него гораздо меньше влияют положение прибора в скважине (эксцентриситет), изменение с глубиной (градиент) температуры, наличие намагниченных участков труб, направление и скорость движения прибора.

Полученные значения декремента можно использовать для расчета толщины стенок колонны. Характер переходных процессов в случае одиночных колонн определяется толщиной стенок и диаметром колонны, удельной электрической проводимостью и магнитной проницаемостью металла. Чем больше произведения этих характеристик на толщину колонны (колонн), тем медленнее затухают вихревые токи, возникающие в трубах при изменениях возбуждающего магнитного поля. В свою очередь, удельная электрическая проводимость и магнитная проницаемость металла зависят не только от заводской технологии изготовления и состава металла, но и от скорости коррозии, поэтому без проведения фонового замера перед перфорацией, особенно в скважинах старого фонда, на показаниях зондов трудно отличить изменения, вызванные перфорацией, от аномалий, вызванных коррозионными процессами. Прибор «не чувствует» как просверленные отверстия, так и не деформированные при перфорации участки труб. Другое дело, если перфорация сопровождается увеличением диаметра труб (раздутием) или растрескиванием. Деформация, связанная с образованием протяженных трещин, приводит к резкому уменьшению вихревых токов, и, как следствие, к значительному снижению показаний каналов продольного и поперечного зондов, увеличению расчетного декремента спада наведенной намагниченности.

Именно возникновением трещин при перфорации можно объяснить резкое уменьшение показаний всех задержек продольного зонда (кроме двух начальных) и увеличение декремента затухания наведенной намагниченности, Образующиеся продольные трещины приводят к уменьшению токов Фуко и показания на задержках продольного зонда минимальны. Так выделяются участки, имеющие протяженные сплошные трещины. Участки колонны, на которых трещины не соединены между собой, отмечаются, как и щелевые фильтры, резкими скачками показаний продольного зонда на всех задержках. При перфорации ленточными перфораторами в колонне возникают деформации другого рода: из-за большей фугасности зарядов перфорация сопровождается изменением диаметра (раздутием), уменьшением толщины стенок, что приводит к увеличению значений декремента спада наведенной намагниченности и уменьшению показаний задержек канала продольного зонда. При этом показания ближних задержек увеличиваются. Иная картина наблюдается при вскрытии пластов корпусными перфораторами, в которых кумулятивные заряды ориентированы по спирали таким образом, что направление кумулятивных струй расположенных рядом зарядов отличается на угол 90о. Плотность перфорации - 10 отверстий на метр. Корпусные перфораторы отличаются малой фугасностью. Качественно проведенная перфорация не вызывает растрескивания и вздутия колонны и практически не выделяется прибором МИД-К или же наблюдаются слабые изменения показаний фона, заметные на дальних задержках, причем повторяемость кривых очень высокая. По-видимому, такой эффект связан с изменением магнитных свойств металла под воздействием кумулятивного взрыва или с изменением остаточной намагниченности, связанным с локальной деформацией колонны после перфорации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >